利用衛星遙感實現境外沿線考古發現

文∣王心源 中國科學院空天信息研究院

2018年3月22日，由中國遙感應用協會組織評選的“2018年度中國遙感領域十大事件”對外公布。“利用遙感技術首次發現境外絲路考古遺跡”入選十大事件之一。這是中國科學家走出國門并主導聯合突尼斯、意大利、巴基斯坦相關國家開展空間考古的系統研究并實現考古遺存新發現，對于提升中國科學家在“一帶一路”沿線開展國際合作研究水平，形成空間考古學科一套新的研究技術與方法具有重要的標志性意義，也為 “一帶一路”暢通信息通道、促進民心溝通提供技術支持。

一、現代考古需要遙感相關信息技術

考古學是通過對古代人類社會留下的實物遺存（包括器物、建筑等）及其相關的生活環境與文化景觀來分析與重建過去人類活動的一門學問。過去的田野考古僅憑借肉眼或簡單的工具去獲取人類活動的物質遺存信息存在著局限，因為對于大范圍或細小的或被覆蓋的遺存用肉眼或簡單工具難以發現。遙感考古是通過解譯地上甚至地下遺跡和遺物的遙感影像特征來發現分布于田野的考古遺存。在現代考古工作中，從空中尋找古跡，是一種效果明顯，且已經被普遍實施的方法。遙感考古的工作原理是建立在遺存或現象的物理屬性、電磁波波譜特征和影像特征三者的緊密關系上，遙感影像的解譯就是通過影像的色調、紋理，圖案的形狀、大小及其空間分布特征，并根據遺存或現象的波譜特征，來確定(疑似)遺存或現象的屬性與空間位置。但是，單純的電磁波遙感考古具有局限性，有的地下埋葬不能或難于發現，需要遙感結合地球物理等方法的廣義的遙感考古。廣義的遙感考古具有覆蓋范圍大、探測波段范圍廣、時空分辨率高以及對考古對象無損探測等特點，使得它在山區、戈壁、荒漠、雨林等人跡罕至地區的考古發現與調查具有獨特優勢。

遙感技術不僅是人眼睛這個“遙感器”的延伸，更是分析判斷的有力助手。目前遙感技術應用于考古學和文化遺產管理可大致歸納為兩個大的方面：1）古代遺存的探測與發現。主要是借助于考古遺存的物化特性，應用各種遙感手段對地上、地表、地下的遺存進行辨識，區分其性質、形狀、大小、結構等特征；2）區域性綜合研究。主要是借助于各種遙感手段對區域內的環境變化、景觀變遷等進行研究，服務于環境考古和景觀考古的研究。

利用包括遙感（RS）、全球導航衛星系統（GNSS）和地理信息系統（GIS）等空間信息綜合技術，結合文獻分析、實地調研開展的空間考古技術與方法，中國科學家通過幾十年特別是近20年的努力，積累豐富的經驗，也開始走出國門并開展聯合研究。絲綢之路西端突尼斯南部空間考古就是由中國科學家首次主導聯合亞、歐、非相關國家開展空間考古的系統研究。

二、“一帶一路”沿線的衛星遙感考古應用

空間考古探測與發現是綜合遙感探測以及地理信息系統空間分析、衛星導航定位、虛擬顯示等各種空間信息技術，并結合地球物理、地球化學、景觀考古、環境考古、歷史文獻與地圖、地面調查，考古埋藏、環境生態，以及地面觀測資料、地面統計資料、地面驗證的技術集成與研究的一套技術與方法。這個過程概括為空間大數據考古四部曲：多源數據遺存線索追溯，空間模型分析擬定目標區-靶區-疑似區（點），精準導航多學科驗證點（區），遺存價值綜合研究。

1.衛星遙感分析確定“絲綢之路”研究靶區與疑似點

絲綢之路線路長，路網縱橫交錯，覆蓋廣大。沿線的65個國家和地區世界文化遺產就有400多項。遺產數量眾多、線路巨長、研究起來需要逐步展開，并分階段聚焦研究。

相比于絲綢之路這樣大尺度空間范圍，文化考古遺存尺寸僅僅幾米、幾十米至百米，大的線性遺存如邊墻（長城），雖然長度巨長，但是寬度仍然有限，難以在遙感圖上發現。這需要確定更小靶區乃至疑似點。而靶區的特征要根據對象情況不同來確定。

例如，本次研究的對象之一古羅馬帝國是歷史上最大的帝國之一，環繞地中海，跨今天歐、亞、非三大洲。位于北非的突尼斯是羅馬帝國的一部分，今天的突尼斯南部地區是帝國的邊界區，邊墻、堡壘以及其他配套設施構成古羅馬南部邊境軍事防御系統。這項研究有助于理解古羅馬如何在極端環境條件下控制和管理邊境地區，以及認知自然要素（河流、綠洲和湖泊）與人工要素（邊墻、堡壘、道路和城鎮）之間的關系。

突尼斯位于古代海上絲綢之路的西端，是古羅馬時期重要的海上貿易港口樞紐。研究中首先采用多穩態分析方法（圖1），確定突尼斯中南部為研究的靶區，空間考古發現突尼斯中南部10個考古點分布如圖2。再用高分遙感圖像解譯、分析研究區的自然-人文情況，進而確定疑似目標。

圖1 多穩態分析確定研究靶區

圖2 空間考古發現突尼斯中南部10個考古點分布圖

2.空間信息綜合技術發現文化遺存疑似點

通過對古羅馬歷史文獻與古地圖的研究與分析，并根據上述靶區的確定，聚焦了突尼斯中部的靶區，再通過中分辨率、高分辨率遙感圖像對于水系、道路、古湖泊、干（古）河道、（古）綠洲、城鎮及居民點的解譯與景觀分析，尋得疑似點。并分別于2017年4月、11月和2018年4月在突尼斯進行了實地調研與驗證，歷經2年多時間最后在該國南部確定新發現的10處古羅馬時期遺存，包括邊墻3段、軍事堡壘2個，以及農業灌溉系統1處、水窖3處、墓葬1處。邊墻與堡壘用于防守和保護邊界，阻擋來自南部和西部的游牧民的侵擾；農業灌溉系統以及儲存淡水的水窖用于保障邊界軍民的糧食生產與生活需要。

3.空間考古服務世界遺產工作計劃

目前，遙感考古相當大的一部分精力被放在了對古代遺存的發現方面，嘗試使用各種方法提高發現古代遺存的效率，但對古代遺存本身以及環境的特性研究卻明顯不足。正在探索建立的空間考古學倡導從航空到航天，從可見光波段延伸到更寬域的電磁波段，且從電磁波走向機械波，從考古現場走向虛擬實驗室，把遙感技術與GIS、衛星導航技術和地球物理、地球化學以及其他相關技術有效聯合的探測，從而形成利用空間信息技術對考古遺存探測識別、分析認知與過去文化（社會）重建的一整套技術、方法與模式可能為破解難題提供支持。

“一帶一路”覆蓋廣大，沿線地區遺產數量眾多、線路巨長，研究起來需要逐步展開。2017年3月13日，在北京成立了“數字絲路”國際科學計劃（DBAR）世界遺產工作組（DBAR-Heritage）。兩年來，聯合意大利、希臘、塞浦路斯、突尼斯、摩洛哥、烏茲別克斯坦、巴基斯坦、斯里蘭卡、柬埔寨、緬甸開展了一系列相關工作。

在未來，根據DBAR-Heritage 的計劃，2022年前，深化三個區域[中國東南部和東南亞區，中國西北部及中亞區、環地中海（含北非區）]研究，初步搭建“一帶一路”自然與文化遺產保護與利用共享平臺；到2026年，全覆蓋完成“一帶一路”自然與文化遺產的空間信息技術監測、評估與保護，以及可持續發展與利用的科學建議，實現科學平臺構建與數據共享，為大眾、研究與決策服務。